全球地熱能發展之趨勢與多元應用

 

刊登日期:2020/3/5
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康瑋帆/工研院產科國際所
 
地熱為自地殼抽取的天然熱能,這種能量來自地球內部的熔岩,並以熱力形式存在。全球地熱能主要分成直接利用與間接利用兩種方式,我國因地處亞熱帶,近年來對於地熱能的開發以間接利用的發電為主;而觀察國際趨勢,地熱直接利用亦成長快速,且由於技術的進步與市場需求的增加,許多國家往往同時進行多元的應用。本篇將就地熱能目前多元利用方式與近期觀測地熱能應用的發展趨勢進行概要說明。
 
【內文精選】
前言
根據聯合國糧農組織(FAO)和美國能源部GeoVision的報告,地熱能最多利用的溫度介於10˚C與150˚C之間。根據需求面對熱能和電力的需求程度或是供給面該國地熱資源的差異,而選擇不同的應用場域。如寒帶與溫帶對熱能有高度需求或是地熱溫度不高的國家,往往選擇直接利用地熱的熱能,來進行建築物的供暖或是水產養殖和溫室利用,像是冰島的直接利用就遠遠大於間接利用;而荷蘭、韓國等地熱溫度較低的國家,將地熱用於發電較不具有經濟效益,但是對地熱熱能的開發則是非常的積極。反之,在熱帶或是亞熱帶國家,對於熱能的需求較低,在地熱資源較為豐沛的國家,主要是以間接利用發電為主,部分熱能則是作為食品加工,如乾燥或是牛奶殺菌等用途。圖一為全球地熱能之多元應用模式。
 
圖一、全球地熱之多元應用模式
圖一、全球地熱之多元應用模式
 
全球地熱能發展概況
2. 間接利用
所謂間接利用主要是以發電為目的,利用地下的熱源對地下流體加熱後,轉變成蒸汽推動渦輪機發電,也就是將地熱轉換為機械能,再將機械能轉換為電能。目前全球地熱發電技術,如果以地熱能開發技術來看,傳統熱液式(Hydrothermal System)和增強型地熱系統(Enhanced Geothermal System; EGS)兩種技術為目前常見的技術。在地熱資源豐沛的國家(如紐西蘭、冰島、印尼、菲律賓等國),如果有良好的天然儲集層,大部分以傳統熱液式發電系統為主,而增強型地熱系統(EGS)主要用於淺層地熱蘊藏不豐富的國家或是缺乏天然儲集層的地區,利用EGS的技術建立人工儲集層以解決本身地理因素的限制,或是像美國利用增強型地熱系統擴大地熱開採範圍和改善原有熱液式電廠產能不足的問題。
 
全球地熱發電裝置量
相較於其他再生能源,地熱發電具有相對較高的容量係數與較低的發電均化成本(LCOE);同時亦為再生能源中少數的基載能源,不同於風力與太陽光電容易受到氣候的影響,地熱發電可以持續穩定的供電。但是由於地熱在前期探勘階段,不確定性程度高,需要實際鑽井進行測試,才能較精準地預估產能,所以地熱電廠在興建前就需要投入相當大的成本在鑽井探測,而且此一階段風險高,使得融資取得較為困難。故根據IRENA統計,2018年地熱發電全球累計安裝量為13,329 MW,自2009~2018年年均複合成長率為3.13%(如圖三),與其他再生能源相比,成長略為緩慢。
 
圖三、2009~2018年全球地熱發電累計裝置量
圖三、2009~2018年全球地熱發電累計裝置量
 
全球地熱能多元應用趨勢
除了單一使用熱能或是單純產生電力,近年來地熱能多元的應用和商業模式開始發展,例如熱電聯產並且彈性調配、與能源密集產業搭配的營運模式、或是利用地熱鹽水進行礦物的萃取與搭配製氫來進行再生能源出口等方式,也在嘗試著如何提升地熱能發展的附加價值,讓地熱發電在未來更具競爭力。以下為地熱能多元應用之案例。
3. 地熱能製氫,將再生能源出口到其他國家(紐西蘭)
紐西蘭為全球地熱發電主要國家之一,其地熱資源蘊藏量大約為3,600 MW,為全球第八名。除了直接利用與間接利用外,紐西蘭也嘗試著利用地熱能製氫,目的是將再生能源以氫能的形式出口到其他國家…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
★本文節錄自《工業材料雜誌399期,更多資料請見下方附檔。

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